EP3094841A1 - Dispositif à thermostat pour système de refroidissement de véhicule automobile, système de refroidissement équipé d'un tel dispositif à thermostat et procédé de commande d'un module de chauffage - Google Patents

Dispositif à thermostat pour système de refroidissement de véhicule automobile, système de refroidissement équipé d'un tel dispositif à thermostat et procédé de commande d'un module de chauffage

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EP3094841A1
EP3094841A1 EP15702526.3A EP15702526A EP3094841A1 EP 3094841 A1 EP3094841 A1 EP 3094841A1 EP 15702526 A EP15702526 A EP 15702526A EP 3094841 A1 EP3094841 A1 EP 3094841A1
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EP
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temperature
thermostat
module
valve
heating
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Christophe Piard
Kamal Zaoui
Vincent Santangeli
Christophe VIEL
Axel FORTUN
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Renault SAS
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Renault SAS
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Priority claimed from FR1450320A external-priority patent/FR3016397B1/fr
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature
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    • G05D23/303—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature using a sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. thermistor

Definitions

  • Thermostat device for a motor vehicle cooling system cooling system equipped with such a thermostat device and method for controlling a heating module TECHNICAL FIELD TO WHICH THE INVENTION RELATES
  • the present invention generally relates to the cooling of the drive motor in a motor vehicle.
  • thermostat device for a motor vehicle cooling system comprising a valve, a heat sensitive part, designed to cause the opening of the valve when the temperature of said sensitive portion exceeds a temperature threshold, and a controlled heating module of said sensitive part, this heating module being able to deliver maximum maximum heat output.
  • the invention also relates to a cooling system equipped with such a thermostat device, and a method for controlling a heating module.
  • thermostat In motor vehicle drive motor cooling systems, a thermostat is commonly used which regulates the amount of cold coolant supplied by the radiator to be injected into the engine cooling circuit to obtain a temperature of setpoint.
  • the thermostat generally comprises a valve and a heat-sensitive part (typically a volume of wax), designed to cause the valve to open when the temperature of the sensitive part exceeds a temperature threshold: typically, the melting and subsequent expansion of the wax causes the relative displacement of a rod (or pencil) relative to the body of the thermostat, which controls the opening of the valve.
  • a heat-sensitive part typically a volume of wax
  • the valve opens mechanically so that cold coolant from the radiator is injected into the coolant circuit feeding the engine, allowing the desired regulation of the coolant temperature.
  • a controlled heating module of the part sensitive for example an electrical resistance heating the wax
  • an electrical resistance heating the wax in order to control the opening of the valve: by putting the resistor under tension, artificially heat the wax, which makes it possible to force the opening of the valve.
  • This technique is thus particularly used when it is desired to rapidly lower the temperature of the coolant in the engine, or, in general, when the desired temperature is lower than that obtained by the mechanical regulation of the thermostat.
  • the drop (by controlled heating of the wax) of the temperature at which the valve opens can indeed be analyzed as an artificial drop in the temperature setpoint.
  • the present invention proposes a thermostat device of the type mentioned above, comprising a control module designed to control the heating module so as to limit the heating power delivered by the heating module to a heating power strictly lower. at the maximum heat output and sufficient to cause the total opening of the valve.
  • the heating of the heat-sensitive part is thus limited to a quantity of heat which however allows the total opening of the valve. Any additional heating of the heat-sensitive part is of no use, but is, however, detrimental to the reaction time of the system when the subsequent (even partial) closure of the valve, which requires cooling of the heat sensitive part.
  • the sufficient heating capacity, to which the heating capacity delivered by the heating module is limited, is for example the minimum heating power sufficient to cause the total opening of the valve, as determined by the control module on the basis of a coolant temperature information at the thermostat, or in view of information on the stroke of the thermostat, as explained below.
  • the effect provided by the invention is in this case optimized.
  • the thermostat device as evoked above, may comprise a control module designed to control the heating module so that it delivers a non-zero heat output insufficient to cause a heating opening. valve.
  • the control module thus makes it possible to ensure a minimum heating of said sensitive part without, however, opening the valve.
  • the heat-sensitive portion is heated, which decreases the reaction time in a subsequent phase where the sensing portion is heated to cause the valve to open.
  • the sensitive part is a volume of wax whose expansion, above said temperature threshold, causes a mechanism designed to open the valve;
  • the heating module comprises an electrical resistance
  • the control module is designed to control the heating module according to a temperature at the thermostat;
  • the thermostat device comprises a module for estimating the temperature at the thermostat as a function of a measured temperature
  • the thermostat device comprises a sensor for measuring the temperature at the thermostat
  • the thermostat device comprises a module for determining the opening proportion of the valve and the control module is designed to control the heating module as a function of the determined opening proportion;
  • the thermostat device comprises a module for determining the flow rate of the valve and the control module is designed to control the heating module according to the determined flow rate.
  • the invention also proposes a cooling system for a drive motor of a motor vehicle, comprising a radiator and a thermostat device designed as proposed above for regulating the quantity of cooling liquid coming from the radiator to be injected. in a motor cooling circuit.
  • the invention also proposes a method of controlling a heating module controlled by a heat-sensitive part of a thermostat device for a motor vehicle cooling system, the thermostat device comprising a valve and the sensitive part.
  • the heat being designed to cause the opening of the valve when the temperature of said sensitive portion exceeds a temperature threshold
  • the heating module being adapted to deliver maximum maximum heat output
  • the method comprising a step of limiting the heating power delivered by the heating module to a heat output strictly below the maximum heating capacity and sufficient to cause the valve to open completely.
  • the invention also proposes a method for controlling a heating module controlled by a heat-sensitive part of a thermostat device for a motor vehicle cooling system, the thermostat device comprising a valve and the portion sensitive to the heat being designed to cause the opening of the valve when the temperature of said sensitive portion exceeds a temperature threshold, the method comprising a step of controlling the heating module so that it delivers a non-zero heat output insufficient to cause an opening of the valve, the heating module comprising an electrical resistance connected to an electrode (28), a control module (34) determines a gross operating voltage (V R ) on the basis of a measured temperature ( T s ) and a temperature setpoint (T c ), a correction module (40) corrects the gross operating voltage (V R ) so that a minimum useful voltage is potted at the electrode (28).
  • FIG. 1 shows schematically the main elements of a cooling system of an internal combustion engine
  • FIG. 2a and 2b schematically shows a piloted thermostat used in the system of Figure 1;
  • FIG. 3 represents a first example of a control system of such a thermostat according to the teachings of the invention
  • FIGS. 4a and 4b show elements of an exemplary model used to evaluate the stroke of the piloted thermostat
  • FIG. 5 represents an example of a module for evaluating the stroke of the piloted thermostat
  • FIG. 6 shows the heat exchanges involved in the cooling system at the controlled thermostat and the engine
  • FIG. 7 represents an exemplary module for evaluating the temperature of the coolant at the level of the piloted thermostat
  • FIG. 8 represents a second example of a control system according to the teachings of the invention.
  • FIG. 9 shows an example of a curve giving the useful voltage to be applied to obtain the total opening of the thermostat as a function of the temperature of the liquid in which the thermostat is immersed;
  • FIG. 10 shows an example curve giving the useful voltage to be applied to obtain a preheating of the wax of the thermostat, without causing its opening, depending on the temperature of the liquid in which the thermostat is immersed.
  • Figure 1 shows the main elements of a cooling system of an internal combustion engine 2 of a motor vehicle.
  • This engine is here a compression ignition engine (Diesel).
  • Diesel Alternatively, it could be a spark ignition engine (gasoline).
  • FIG. 1 Dashed lines in FIG. 1 show elements that are present according to certain variant embodiments of the invention.
  • the cooling system comprises a radiator 6, mounted for example at the front of the motor vehicle to receive the air flow generated by the movement of the vehicle, and a heater 8 which allows the heating of the passenger compartment of the vehicle.
  • the internal combustion engine 2 is traversed by a coolant which ensures its operation at a given set temperature as explained below.
  • the coolant (heated by the engine 2) is transported by pipes to the thermostat 4 on the one hand, to the radiator 6 and to the heater 8 other parts. After cooling in these elements, the coolant is transported by pipes to the engine 2 for cooling thereof.
  • the coolant is conveyed from the engine 2 (output) to the engine 2 (input) through the thermostat 4 permanently so that the thermostat 4 is always in contact with a flow of coolant whatever the state thermostat 4 (open or closed).
  • the cooling system may optionally further comprise a water-oil exchanger 12 which receives the cooling liquid coming from the engine 2 as input. After passing through the water-oil exchanger 12, the cooling liquid is reinjected into the circuit described herein. above, for example at the thermostat 4.
  • the use of the water-oil heat exchanger is not within the scope of the present invention and will therefore not be described in detail here.
  • the coolant is however transported from the radiator 6 to the engine 1 through a thermostatic valve or thermostat 4 which regulates the amount of cooled coolant (from the radiator 6) to be injected at the input of the engine 1 in order to obtain the desired temperature engine operation, as explained below.
  • the coolant output of the engine 2 can be used to regulate the temperature in a turbocharger 14 supplied for this purpose in cooling liquid by a bypass of the circuit linking the engine 2 and the heater 8.
  • a temperature sensor 10 is also mounted in the coolant lines located at the outlet of the engine 2 in order to measure the temperature T s of the coolant at the outlet of the engine 2.
  • no means is provided for measuring the temperature of the coolant at the inlet of the engine 2 (temperature T E ), or at the level of the thermostat 4 (temperature T).
  • it could instead be provided to use a sensor of temperature in the cooling circuit near the engine inlet to measure the temperature T E or at the thermostat 4 to measure the temperature T 4 .
  • FIGS. 2a and 2b show the thermostat 4 in two different operating positions, respectively a first position in which the thermostat closes the pipe connecting the radiator 6 to the motor 2 and a second position in which the thermostat opens the pipe.
  • the thermostat 4 comprises a rod (or “pencil") 20 on which is slidably mounted an assembly formed of a body 22 of brass and a valve (or valve) 26.
  • the space left free between the body 22 and the rod 20 is filled with a material sensitive to heat, here wax 24 sealed to this space delimited by the body 22, the valve 26 and the rod 20.
  • the thermostat 4 is positioned in the pipe connecting the radiator 6 to the engine 2 so that its body 22 bathes in the coolant temperature T at this location, as indicated above; the body 22 is therefore located downstream of the valve 26 in this pipe.
  • the wax 24 melts and expands, causing the volume located between the body 22 and the rod 20 to increase, so that the body 22 and the rod 20 are forced to move away, causing the displacement of the valve 26 and the opening of the thermostat 4.
  • a return spring (not shown) is generally provided to facilitate the return of the valve 26 to its closed position when the coolant temperature T 4 decreases and the wax cools and contracts.
  • the thermostat 4 also comprises an electrical resistance (not shown), installed for example inside the rod 20 and electrically connected to an electrode 28.
  • the application of a voltage V to the electrode 28 passes a current in the resistor which releases heat by the Joule effect and thus accelerates the rise in temperature of the wax 24.
  • the thermostat 4 will open thereby more rapidly in the absence of heating by the resistance, that is to say for a coolant temperature T below the aforementioned threshold.
  • the thermostat 4 is a controlled thermostat.
  • a nominal voltage V 0 maximum useful voltage
  • a heating power lower than the maximum heating capacity can be obtained by applying the nominal voltage V 0 to a proportion only of the period of time considered (principle of the pulse width modulation or PWM of the English “Pulse Width Modulation” ): it is considered in the following that is applied in this case a useful voltage V less than the nominal voltage V 0 .
  • FIG. 3 represents a first example of a control system of the thermostat 4 according to the teachings of the invention.
  • the control system of FIG. 3 comprises several modules, represented here in functional form. Several functional modules can, however, in practice be implemented by the same processing unit programmed to perform the processing assigned respectively to these functional modules.
  • This processing unit is for example an engine control unit (ECU or engine control unit) on the vehicle, or a processing unit dedicated to controlling the thermostat 4.
  • load information C (expressed in Nm) and information from N engine speed (expressed in r / min), representative of the operation of the engine 2, are available within the computer 30.
  • This information C, N is transmitted on the one hand to a module 32 for determining a temperature setpoint T c and on the other hand to a module 36 for evaluating the temperature T of the coolant at the thermostat 4 .
  • the setpoint determination module 32 generates the temperature setpoint T c as a function of the engine speed N and the load C on the basis of a map stored in the processing unit which implements the module 32.
  • the module 32 is designed to determine the temperature setpoint T c by reading a value associated with the values of engine speed N and load C received from the computer 30 in a correspondence table (map) stored in the processing unit concerned .
  • the setpoint determination module 32 generates, for example, instructions T c between 90 ° C and 1 10 ° C adapted to different operating conditions of the engine 2 encountered (represented by the load C and the engine speed N).
  • the set T c can take a discrete set of values, for example 90 ° C, 100 ° C or 1 10 ° C.
  • the temperature setpoint T c generated by the reference determination module 32 is transmitted to a regulation module 34, which also receives the temperature T s of the engine output coolant measured by the temperature sensor 10.
  • the regulation module 34 determines the raw useful voltage V R to be applied to the driven thermostat electrode 4 in order to converge the temperature of the coolant. towards the instruction T c .
  • the regulation law applied by the regulation module 34 for determining the gross useful voltage V R as a function of the measured temperature T s and of the set temperature T c depends on the application envisaged.
  • the gross useful voltage V R is equal to 0 V, that is to say that the heating resistance of the wax is not used and that the regulation of the coolant temperature is mechanically achieved by the thermostat (whose design is here provided for regulation at 1 10 ° C);
  • the gross useful voltage V R is for example determined according to of the temperature error (T s -T c ) according to a PI (proportional-integral) control mechanism.
  • the gross useful voltage V R generated by the regulation module 34 is transmitted to a correction module 40 whose operation will be described later.
  • the module 36 for evaluating the temperature T of the coolant at the level of the thermostat 4 receives as input the temperature T s measured by the measurement sensor 10 and an estimated value L of the stroke of the thermostat 4, as well as, as already indicated , load information C and engine speed N representative of the operation of the engine 2.
  • the estimated stroke value L of the thermostat 4 is produced as explained in more detail below by a module 38 for this purpose.
  • the module 36 evaluates the temperature T of the coolant at the thermostat 4, for example according to the method described in detail below with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the module 36 could be replaced by a temperature sensor immersed in the coolant at the thermostat 4.
  • the aforementioned stroke evaluation module 38 receives as input the temperature T of the cooling liquid at the thermostat (produced by the evaluation module 36 in the example described) and the value of the useful voltage effectively applied to the piloted thermostat. 4 (corrected useful value V c generated by the correction module 40 as explained below).
  • the module 38 evaluates the travel L of relative displacement of the rod 20 and the body 22, which gives an estimate of the opening proportion of the thermostat 4.
  • the evaluation carried out by the module 38 is for example implemented by the implementation of a digital model, as described below with reference to FIGS. 4a, 4b and 5.
  • this evaluation can be performed by reading the associated path L, in a pre-recorded correspondence table, at the values of temperature T 4 and applied voltage V c received at the input.
  • the prerecorded values have, for example, been determined in this case by means of preliminary tests or simulations, carried out beforehand, using the numerical model described with reference to FIGS. 4a, 4b and 5.
  • the module 38 can thus provide a value L representative of the stroke of the thermostat 4 to the correction module 40, which also receives as input the raw voltage V R calculated by the control module 34 as already indicated.
  • the correction module 40 corrects this value so that a minimum useful voltage is actually applied to the electrode 28 of the driven thermostat 4 so that the resistor delivers a non-zero heating power, which makes it possible to preheat the wax 24 to a limit opening temperature of the thermostat 4.
  • any additional heating of the wax 24 in response to a control of the system piloting to open the thermostat will have an immediate effect of opening the valve.
  • the correction module 40 also causes a limitation of the applied working voltage V c (and therefore of the heating power delivered by the resistance Joule effect) so that the application of this voltage V c does not cause heating greater than that resulting in a total opening of the thermostat 4 (that is to say a stroke L equal to the maximum stroke L max ).
  • An additional heating is indeed useless; it is also detrimental to the reaction time of the system when it is then desired to close the thermostat (since the additional heating of the wax 24 makes its cooling longer, then possibly its solidification).
  • the correction module 40 applies to the piloted thermostat 4 a useful voltage V c that does not depend on the useful voltage Gross V R received from the regulation module 34, but which is chosen to maintain the stroke L at its maximum value L max . For example, this is done by controlling the applied operating voltage V c so that the evaluated stroke L is maintained between a predetermined value (here 0.95 L max ) and the maximum stroke L max . It is therefore in this case a closed loop control.
  • correction module 40 causes a limitation of the applied voltage V c as a function of the stroke L received at input for a range of values of this race L.
  • the processing unit which implements the correction module 40 stores for this purpose a correspondence table which indicates the maximum allowable voltage V max as a function of the stroke L of the thermostat. Those data are for example provided by the manufacturer of the thermostat.
  • the correction module 40 thus reads at each instant the maximum allowable voltage V max in the table as a function of the value L of travel received from the evaluation module 38 and thus determines the corrected useful voltage to be applied:
  • the correction module 40 applies to the piloted thermostat 4 a useful voltage V c equal to the raw payload voltage V R received as input from the regulation module 34.
  • the application of a given useful voltage to the thermostat 4 is performed by applying a nominal voltage V 0 for a proportion of the total time such that one generates an electric power equal to that which one would have obtained by continuous application of the wanted voltage (in accordance with the principle of pulse width module or PWM of the English “Pulse Width Modulation"), as already explained above.
  • FIG. 4a shows the model used in the example described here to simulate the thermal behavior of the different parts of the piloted thermostat 4 in order to evaluate its stroke as explained below.
  • each part of the piloted thermostat 4 is represented by its mass, its specific heat capacity and its temperature (which is considered uniform over the whole of the concerned part); we define as follows:
  • the heat exchanges are thus modeled as follows:
  • the resistance heats the rod by Joule effect by providing a thermal power Pj (directly related to the voltage V c applied to the controlled thermostat 4);
  • the temperature T 24 of the wax 24 is known, which makes it possible to obtain directly the stroke value L of the thermostat, for example by means of a correspondence table which indicates the relationship between these two quantities, as illustrated, for example in Figure 4b.
  • These data are for example determined by prior tests; they can be provided by the thermostat manufacturer.
  • FIG. 5 represents an exemplary module 38 for evaluating the stroke of the piloted thermostat that uses the model that has just been described.
  • This module is for example implemented within a processing unit which notably stores the correspondence table connecting the temperature values of wax T 2 and stroke L of the thermostat.
  • the module 38 receives as input the temperature T of the coolant at the thermostat 4 (evaluated by a dedicated module, such as the module 36 visible in FIG. 3 and described below with reference to FIG. 7, or measured by a temperature sensor) and the value of the useful voltage V c applied to the thermostat 4.
  • the module 38 comprises a unit 102 for storing the instantaneous evaluation value of the temperature T 22 of the body 22, a unit 104 for storing the instantaneous evaluation value of the temperature T 2 of the wax 24 and a unit 106 of memorizing the instantaneous evaluation value of the temperature T 2 o of the rod 20. As indicated above, at the beginning of the evaluation process, these units are initialized with the value T of the temperature of the coolant received at the inlet.
  • Each iteration of the process begins with an estimation of the new values T 2 o and T 2 2 of temperature respectively of the rod 20 and the body 22. This is done because these elements are close to the heat sources and their temperature is likely to evolve since the previous iteration.
  • the module 38 determines the evolution ⁇ 2 ⁇ of the temperature T 2 o of the rod 20 during an iteration on the basis of the instantaneous values T2o, T2 4 of temperature and of the useful voltage Vc (received in input) as follows.
  • a subtracter 148 receives the instantaneous value T 2 o from the unit 106 and subtracts it from the instantaneous value T 24 received from the unit 104.
  • the value generated by the subtractor 148 is multiplied by hi .Si within a multiplier 150.
  • an adder 152 the value obtained at the output of the multiplier 150 and the power Pj generated by the resistance, determined as a function of the useful voltage V c applied to the resistance by means of a unit, are summed up. of conversion 108.
  • the output of the adder 152 is multiplied by 1 / (m 2 o-C20) within a multiplier 154 in order to obtain the desired ⁇ 20 evolution (in accordance with the formula given above).
  • the output of the multiplier 154 (evolution ⁇ 20) is added to the instantaneous value T 2 o by an adder 156, which makes it possible to obtain at the output of the adder 156 the new instantaneous evaluation value of the temperature T 2 o of the rod 20, which will be used by the unit 106 at the next iteration (after passing through this purpose through a retarder 1 16).
  • the module 38 determines the evolution ⁇ 22 of the temperature T22 of the body 22 during an iteration on the basis of the instantaneous values T (received at the input), T 2 2, T24 of temperature as follows.
  • a subtractor 120 receives the instantaneous value T22 from the unit 102 and subtracts it from the instantaneous value T received at the input; likewise, a subtracter 122 receives the instantaneous value T22 from the unit 102 and subtracts it from the instantaneous value T 24 received from the unit 104.
  • the values generated by the subtractors 120, 122 are respectively multiplied by h 3 .S3 at within a multiplier 124 and by h 2 .s 2 within a multiplier 126, then summed by an adder 128.
  • the output of the adder 128 is multiplied by 1 (m 2 2-C22) within a multiplier 130 in order to obtain the desired evolution ⁇ 22 (according to the formula given above).
  • the output of the multiplier 130 (evolution ⁇ 22) is added to the instantaneous value T22 by an adder 132, which makes it possible to obtain at the output of the adder 132 the new instantaneous evaluation value of the temperature T22 of the body 22, which will be used by the unit 102 at the next iteration (after passing through this purpose through a retarder 1 12).
  • the module 38 determines the evolution ⁇ 24 of the temperature T 24 of the wax 24 during an iteration (here of a duration of one second) on the basis of the instantaneous values T 2 o, T22, T24 of temperature as following.
  • the temperatures T 2 o and T 22 used are those which have just been calculated as described above.
  • a subtractor 134 receives the instantaneous value T 24 from the unit 104 and subtracts it from the instantaneous value T22 (as just calculated) received from the adder 132; likewise, a subtractor 136 receives the instantaneous value T 24 from the unit 104 and subtracts it from the instantaneous value T 2 o (as just calculated) received from the adder 156.
  • the values generated by the subtractors 134, 136 are respectively multiplied by h 2 .S2 within a multiplier 138 and by hi .Si within a multiplier 140, then summed by an adder 142.
  • the output of the adder 142 is multiplied by 1 / (m 24 .C2 4 ) within a multiplier 144 to obtain the desired evolution ⁇ 24 (according to the formula given above).
  • the output of the multiplier 144 (evolution ⁇ 24 ) is added to the instantaneous value T 24 by an adder 146, which makes it possible to obtain, at the output of the adder 146, the new instantaneous evaluation value of the temperature T 24 of the wax 24, which will be used by the unit 104 at the next iteration (after passing through this purpose through a retarder 1 14).
  • the new instantaneous temperature evaluation value T24 is also transmitted to the input of a unit 1 for converting the wax temperature value into a stroke value L of the thermostat, on the basis of the correspondence table mentioned above. connecting the wax temperature and stroke temperature values of the thermostat.
  • the coolant flow rate that enters the engine 2 and travels it in order to ensure its cooling is the sum of the flow rate Q 0 at the outlet of the heater (and possibly the turbocharger) and the flow rate Q (L) at the thermostat output, which depends on the L-stroke of the thermostat.
  • the heating power transferred by the motor depends on its operating point, defined by the load C and the regime N.
  • FIG. 7 thus represents an example of a module for evaluating the temperature T of the coolant at the level of the piloted thermostat.
  • This evaluation module receives as input an information L representative of the stroke of the thermostat 4 (determined here by means of the evaluation module 38, an example of which has been described with reference to FIGS. 4a, 4b and 5), information relating to at the point of operation of the engine, here the load C and the engine speed N (provided for example by the engine management unit or ECU), and the temperature T s of the engine output coolant, here measured by the temperature sensor 10.
  • the processing unit which implements the module of FIG. 7 stores a mapping of the power P (C, N) yielded to the cooling liquid by the engine as a function of the load C and the engine speed N.
  • This mapping is a table which indicates the values of power P transferred to the coolant by the engine respectively associated with pairs of values C, N.
  • This processing unit also stores a plurality of Q (L) values of coolant flow through the thermostat associated respectively with the different possible values for the race L.
  • a sub-module 70 determines at each instant, by reading in the memory of the processing unit, the rate Q (L) associated with the value L of the race received. at the input and the power P (C, N) associated with the load values C and engine speed N received at the input.
  • the temperature information T E (t) determined by the submodule 70 is applied to a retarder 72, to a subtracter 73 (which also receives the output of the retarder 72) and to an adder 76.
  • the adder also receives the output of the subtracter 73 after multiplication in a multiplier 75 by a constant b.
  • the output of the adder 76 is applied to a subtractor 78 of a constant a, which thus generates an output value of the temperature T of the coolant at the level of the thermostat 4 which is worth at each instant:
  • T 4 T E (t) - a + b. [T E (t) - T E (t-1)].
  • the arrangement of the elements 72, 73, 75, 76, 78 which has just been described thus forms a submodule 71 which determines the estimated value of the temperature T of the coolant at the level of the thermostat 4 on the basis of the estimated value of engine coolant temperature T E at engine inlet 2.
  • the correction made to the temperature T E (t) by the terms a and b [T E (t) - T E (t-1)] makes it possible to take into account the fact that the thermostat is slightly upstream of the engine inlet in the coolant circuit and the engine inlet temperature results from the combination of coolant from the thermostat and coolant from the heater.
  • the parameters a and b are variable as a function of the thermal power taken by the heater with water.
  • the parameters a and b are determined for various heating powers of the passenger compartment of the vehicle.
  • the values a and b are then determined at each instant as a function of the heating power (as indicated by dedicated information received for example from the cabin heating management module).
  • T of the coolant at the thermostat according to the evaluation of the engine coolant temperature T E is presented in the form of functional modules performing the various operations. In practice, these operations can be performed by the execution of a program by the processing unit that implements the module of FIG. 7.
  • FIG. 8 represents a second example of a control system according to the teachings of the invention.
  • control system of FIG. 8 comprises several modules represented in functional form.
  • Several functional modules can, however, in practice be implemented by the same processing unit programmed to perform the processing assigned respectively to these functional modules.
  • the engine management computer 30 delivers a load information C (expressed in Nm) and an engine speed information N (expressed in rpm), representative of the operation of the engine 2. This information C, N is transmitted to the module 32 determining a temperature set point T c .
  • the setpoint determination module 32 generates the temperature setpoint T c as a function of the engine speed N and of the load C by reading in a correspondence table (mapping).
  • the temperature setpoint T c generated by the determination module 32 is transmitted to the regulation module 34, which also receives the temperature T s of the engine output coolant measured by the temperature sensor 10.
  • the regulation module 34 determines the raw useful voltage V R to be applied to the driven thermostat electrode 4 in order to converge the temperature of the coolant. towards the instruction T c . Reference can be made to the explanations given above in the context of FIG. 3 for more details on the regulation module 34.
  • a correction module 44 receives as input the gross useful voltage V R generated by the regulation module 34 and the temperature T of the cooling liquid at the level of the thermostat 4, measured for example by a temperature sensor 42 immersed in the coolant near the thermostat 4.
  • the temperature T of the coolant at the thermostat 4 could be evaluated by an evaluation module such as the evaluation module 36 of FIG. 3, possibly on the basis of an evaluation of the thermostat stroke as that provided by the evaluation module 38 of FIG.
  • the processing unit that implements the correction module 44 stores:
  • the stored values are determined in advance, for example by means of tests; they can in particular be provided by the manufacturer of the thermostat.
  • the correction module 44 reads at every moment the value V
  • the correction module 44 determines the useful voltage V c to be applied to the thermostat by correcting the raw voltage V R so as to limit the voltage applied to the thermostat to the value V
  • the correction module 44 determines as follows the useful voltage V C to be applied to the thermostat 4:
  • V R V MIN ;
  • V C V R.
  • the correction module 44 limits the useful voltage (and therefore the heating power delivered by the resistor) to that which allows this total opening.
  • the correction module 44 can be applied to the thermostat 4 a useful preheating voltage (according to what indicates the second correspondence table) ; the heating power delivered by the resistance due to this preheating voltage makes it possible to heat the wax at the temperature at which any subsequent heat input will cause the thermostat to open immediately.
  • the reaction time of the system when opening the thermostat (for example due to a setpoint change) is reduced.
  • im and the preheating value V min are determined solely on the basis of the temperature T 4 received at the input: it is therefore an open loop control system.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif à thermostat (4) pour système de refroidissement de véhicule automobile comprenant une vanne, une partie sensible à la chaleur, conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne lorsque la température de ladite partie sensible dépasse un seuil de température, et un module de chauffage commandé de ladite partie sensible, le module de chauffage étant apte à délivrer au maximum une puissance calorifique maximale. Un module de commande (40) est conçu pour commander le module de chauffage de manière à limiter la puissance calorifique délivrée par le module de chauffage à une puissance calorifique strictement inférieure à la puissance calorifique maximale et suffisante pour entraîner l'ouverture totale de la vanne. Un module de commande (40) est conçu pour commander le module de chauffage de manière à ce qu'il délivre une puissance calorifique non-nulle insuffisante pour entraîner une ouverture de la vanne. Un système de refroidissement équipé d'un tel dispositif à thermostat (4) et un procédé de commande d'un module de chauffage sont également décrits.

Description

Dispositif à thermostat pour système de refroidissement de véhicule automobile, système de refroidissement équipé d'un tel dispositif à thermostat et procédé de commande d'un module de chauffage DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION
La présente invention concerne de manière générale le refroidissement du moteur d'entraînement dans un véhicule automobile.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif à thermostat pour système de refroidissement de véhicule automobile comprenant une vanne, une partie sensible à la chaleur, conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne lorsque la température de ladite partie sensible dépasse un seuil de température, et un module de chauffage commandé de ladite partie sensible, ce module de chauffage étant apte à délivrer au maximum une puissance calorifique maximale.
L'invention concerne également un système de refroidissement équipé d'un tel dispositif à thermostat, ainsi qu'un procédé de commande d'un module de chauffage.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Dans les systèmes de refroidissement de moteur d'entraînement de véhicule automobile, on utilise couramment un thermostat qui régule la quantité de liquide de refroidissement froid, délivré par le radiateur, à injecter dans le circuit de refroidissement du moteur afin d'obtenir une température de consigne.
Pour ce faire, le thermostat comprend en général une vanne et une partie sensible à la chaleur (typiquement un volume de cire), conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne lorsque la température de la partie sensible dépasse un seuil de température : typiquement, la fusion et la dilatation subséquente de la cire entraîne le déplacement relatif d'une tige (ou crayon) par rapport au corps du thermostat, ce qui commande l'ouverture de la vanne.
Ainsi, lorsque le liquide de refroidissement chauffe et atteint le seuil de température, la vanne s'ouvre mécaniquement de telle sorte que du liquide de refroidissement froid issu du radiateur est injecté dans le circuit de liquide de refroidissement alimentant le moteur, ce qui permet la régulation souhaitée de la température du liquide de refroidissement.
Il a été proposé d'utiliser un module de chauffage commandé de la partie sensible, par exemple une résistance électrique chauffant la cire, afin de pouvoir piloter l'ouverture de la vanne : en mettant la résistance sous tension, on chauffe artificiellement la cire, ce qui permet de forcer l'ouverture de la vanne.
Cette technique est ainsi notamment utilisée lorsque l'on souhaite faire baisser rapidement la température du liquide de refroidissement dans le moteur, ou, de manière générale, lorsque la température recherchée est inférieure à celle obtenue par la régulation mécanique du thermostat. La baisse (par chauffage commandé de la cire) de la température à laquelle la vanne s'ouvre peut en effet s'analyser comme une baisse artificielle de la consigne en température.
L'utilisation du chauffage commandé pour obtenir une ouverture anticipée de la vanne est par exemple décrite dans la demande de brevet FR 2 896 272.
Suite à une telle opération d'ouverture de la vanne par chauffage commandé de la partie sensible, la fermeture de la vanne nécessite un temps non-négligeable du fait du nécessaire refroidissement de la cire. Ce temps de réaction est préjudiciable à une adaptation rapide aux commandes du système. On risque alors d'aboutir à un dépassement important de la consigne du fait de l'injection dans le circuit d'une trop grande quantité de liquide froid.
En outre, le chauffage de la partie sensible à la chaleur, nécessaire à l'ouverture de la vanne, implique toutefois un temps de réaction non-négligeable. Il n'est donc pas possible d'obtenir une ouverture forcée rapide de la vanne.
OBJET DE L'INVENTION
Dans ce contexte, la présente invention propose un dispositif à thermostat du type mentionné ci-dessus, comprenant un module de commande conçu pour commander le module de chauffage de manière à limiter la puissance calorifique délivrée par le module de chauffage à une puissance calorifique strictement inférieure à la puissance calorifique maximale et suffisante pour entraîner l'ouverture totale de la vanne.
Le chauffage de la partie sensible à la chaleur (par exemple de la cire) est ainsi limité à une quantité de chaleur qui permet toutefois l'ouverture totale de la vanne. Tout chauffage supplémentaire de la partie sensible à la chaleur n'a aucune utilité, mais est en revanche préjudiciable au temps de réaction du système lorsque l'on recherche ultérieurement la fermeture (même partielle) de la vanne, qui nécessite le refroidissement de la partie sensible à la chaleur.
La puissance calorifique suffisante, à laquelle est limitée la puissance calorifique délivrée par le module de chauffage, est par exemple la puissance calorifique minimale suffisante pour entraîner l'ouverture totale de la vanne, telle que déterminée par le module de commande sur la base d'une information de température du liquide de refroidissement au niveau du thermostat, ou au vu d'une information sur la course du thermostat, comme expliqué ci-après. L'effet procuré par l'invention est dans ce cas optimisé.
Selon l'invention, le dispositif à thermostat tel qu'évoqué ci-dessus, peut comprendre un module de commande conçu pour commander le module de chauffage de manière à ce qu'il délivre une puissance calorifique non-nulle insuffisante pour entraîner une ouverture de la vanne.
Le module de commande permet donc d'assurer un chauffage minimum de ladite partie sensible sans toutefois ouvrir la vanne. Ainsi, même lorsque la vanne est fermée, la partie sensible à la chaleur est chauffée, ce qui diminue le temps de réaction lors d'une phase ultérieure où la partie sensible est chauffée pour provoquer l'ouverture de la vanne.
Selon d'autres caractéristiques proposées de manière optionnelle par l'invention :
- la partie sensible est un volume de cire dont la dilatation, au-dessus dudit seuil de température, entraîne un mécanisme conçu pour ouvrir la vanne ;
- le module de chauffage comprend une résistance électrique ;
- le module de commande est conçu pour commander le module de chauffage en fonction d'une température au niveau du thermostat ;
- le dispositif à thermostat comprend un module d'estimation de la température au niveau du thermostat en fonction d'une température mesurée ;
- le dispositif à thermostat comprend un capteur de mesure de la température au niveau du thermostat ;
- le dispositif à thermostat comprend un module de détermination de la proportion d'ouverture de la vanne et le module de commande est conçu pour commander le module de chauffage en fonction de la proportion d'ouverture déterminée ;
- le dispositif à thermostat comprend un module de détermination du débit de la vanne et le module de commande est conçu pour commander le module de chauffage en fonction du débit déterminé.
L'invention propose également un système de refroidissement d'un moteur d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant un radiateur et un dispositif à thermostat conçu tel que proposé ci-dessus pour réguler la quantité de liquide de refroidissement issue du radiateur à injecter dans un circuit de refroidissement du moteur.
L'invention propose en outre un procédé de commande d'un module de chauffage commandé d'une partie sensible à la chaleur d'un dispositif à thermostat pour système de refroidissement de véhicule automobile, le dispositif à thermostat comprenant une vanne et la partie sensible à la chaleur étant conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne lorsque la température de ladite partie sensible dépasse un seuil de température, le module de chauffage étant apte à délivrer au maximum une puissance calorifique maximale, le procédé comprenant une étape de limitation de la puissance calorifique délivrée par le module de chauffage à une puissance calorifique strictement inférieure à la puissance calorifique maximale et suffisante pour entraîner l'ouverture totale de la vanne.
L'invention propose aussi un procédé de commande d'un module de chauffage commandé d'une partie sensible à la chaleur d'un dispositif à thermostat pour système de refroidissement de véhicule automobile, le dispositif à thermostat comprenant une vanne et la partie sensible à la chaleur étant conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne lorsque la température de ladite partie sensible dépasse un seuil de température, le procédé comportant une étape de commande du module de chauffage de manière à ce qu'il délivre une puissance calorifique non-nulle insuffisante pour entraîner une ouverture de la vanne, le module de chauffage comprenant une résistance électrique connectée à une électrode (28), un module de régulation (34) détermine une tension utile brute (VR) sur la base d'une température mesurée (Ts) et d'une consigne en température (Tc), un module de correction (40) corrige la tension utile brute (VR) de sorte qu'une tension utile minimale soit appliquée à l'électrode (28).
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés :
- la figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un système de refroidissement d'un moteur à combustion interne ;
- les figures 2a et 2b représente schématiquement un thermostat piloté utilisé dans le système de la figure 1 ;
- la figure 3 représente un premier exemple d'un système de pilotage d'un tel thermostat conforme aux enseignements de l'invention ;
- les figures 4a et 4b présentent des éléments d'un exemple de modèle utilisé pour évaluer la course du thermostat piloté ;
- la figure 5 représente un exemple de module d'évaluation de la course du thermostat piloté ;
- la figure 6 présente les échanges de chaleur impliqués dans le système de refroidissement au niveau du thermostat piloté et du moteur ;
- la figure 7 représente un exemple de module d'évaluation de la température du liquide de refroidissement au niveau du thermostat piloté ;
- la figure 8 représente un second exemple d'un système de pilotage conforme aux enseignements de l'invention ;
- la figure 9 présente un exemple de courbe donnant la tension utile à appliquer pour obtenir l'ouverture totale du thermostat en fonction de la température du liquide dans lequel le thermostat est immergé ;
- la figure 10 présente un exemple de courbe donnant la tension utile à appliquer pour obtenir un préchauffage de la cire du thermostat, sans toutefois provoquer son ouverture, en fonction de la température du liquide dans lequel le thermostat est immergé.
La figure 1 représente les éléments principaux d'un système de refroidissement d'un moteur à combustion interne 2 d'un véhicule automobile. Ce moteur est ici un moteur à allumage par compression (Diesel). En variante, il pourrait s'agir d'un moteur à allumage commandé (Essence).
On a représenté en pointillés sur la figure 1 des éléments qui sont présents conformément à certaines variantes de mise en œuvre de l'invention.
Le système de refroidissement comprend un radiateur 6, monté par exemple à l'avant du véhicule automobile afin de recevoir le flux d'air généré par le déplacement du véhicule, et un aérotherme 8 qui permet le chauffage de l'habitacle du véhicule. Le moteur à combustion interne 2 est parcouru par un liquide de refroidissement qui assure son fonctionnement à une température de consigne donnée comme expliqué ci-après.
En sortie du moteur 2, le liquide de refroidissement (chauffé par le moteur 2) est transporté par des conduites jusqu'au thermostat 4 d'une part, jusqu'au radiateur 6 et jusqu'à l'aérotherme 8 d'autres parts. Après refroidissement dans ces éléments, le liquide de refroidissement est transporté par des conduites jusqu'au moteur 2 pour refroidissement de celui-ci.
Le liquide de refroidissement est transporté du moteur 2 (en sortie) au moteur 2 (en entrée) à travers le thermostat 4 de façon permanente de sorte que le thermostat 4 soit toujours en contact avec un flux de liquide de refroidissement quelque soit l'état du thermostat 4 (ouvert ou fermé).
Le système de refroidissement peut éventuellement comprendre en outre un échangeur eau-huile 12 qui reçoit en entrée le liquide de refroidissement issu du moteur 2. Après avoir traversé l'échangeur eau-huile 12, le liquide de refroidissement est réinjecté dans le circuit décrit ci-dessus, par exemple au niveau du thermostat 4. L'utilisation de l'échangeur eau-huile n'entre pas dans le cadre de la présente invention et ne sera donc pas décrit en détail ici.
Le liquide de refroidissement est toutefois transporté du radiateur 6 au moteur 1 à travers une vanne thermostatique ou thermostat 4 qui régule la quantité de liquide de refroidissement refroidi (issue du radiateur 6) à injecter en entrée du moteur 1 afin d'obtenir la température souhaitée de fonctionnement du moteur, comme expliqué ci-après.
De même, le liquide de refroidissement en sortie du moteur 2 peut être utilisé pour réguler la température au sein d'un turbocompresseur 14 alimenté pour ce faire en liquide de refroidissement par une dérivation du circuit liant le moteur 2 et l'aérotherme 8.
Un capteur de température 10 est par ailleurs monté dans les conduites de liquide de refroidissement situées en sortie du moteur 2 afin de mesurer la température Ts du liquide de refroidissement en sortie du moteur 2.
Dans le présent exemple de réalisation, on ne prévoit pas de moyen de mesure de la température du liquide de refroidissement en entrée du moteur 2 (température TE), ou au niveau du thermostat 4 (température T ). En variante, comme expliqué ci-après, on pourrait au contraire prévoir d'utiliser un capteur de température dans le circuit de refroidissement à proximité de l'entrée du moteur afin de mesurer la température TE ou au niveau du thermostat 4 afin de mesurer la température T4.
Les figures 2a et 2b représentent le thermostat 4 dans deux positions distinctes de fonctionnement, respectivement une première position dans laquelle le thermostat ferme la conduite reliant le radiateur 6 au moteur 2 et une seconde position dans laquelle le thermostat ouvre cette conduite.
Le thermostat 4 comprend une tige (ou "crayon") 20 sur laquelle est monté coulissant un ensemble formé d'un corps 22 en laiton et d'une soupape (ou clapet) 26. L'espace laissé libre entre le corps 22 et la tige 20 est rempli d'un matériau sensible à la chaleur, ici de la cire 24 enfermée à étanchéité dans cet espace délimité par le corps 22, la soupape 26 et la tige 20.
Le thermostat 4 est positionné dans la conduite reliant le radiateur 6 au moteur 2 de sorte que son corps 22 baigne dans le liquide de refroidissement de température T à cet endroit, comme indiqué ci-dessus ; le corps 22 est donc situé à l'aval de la soupape 26 dans cette conduite.
Lorsque la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 est inférieure à un seuil prédéterminé (défini par la conception du thermostat), et notamment à froid (lorsque le moteur 2 est à l'arrêt), la cire 24 est solide et la soupape 26 occupe la position illustrée en figure 2a dans laquelle elle obstrue la conduite : le liquide de refroidissement issu du radiateur 6 n'est donc pas injecté dans le circuit de refroidissement du moteur 2 et ne participe donc pas à son refroidissement.
Lorsque la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 atteint, voire dépasse, le seuil précité, du fait notamment du chauffage du liquide de refroidissement par le moteur 2 et de l'absence de refroidissement par le liquide de refroidissement issu du radiateur 6, la cire 24 fond et se dilate, ce qui provoque l'augmentation du volume situé entre le corps 22 et la tige 20, de sorte que le corps 22 et la tige 20 sont contraints de s'éloigner, entraînant le déplacement de la soupape 26 et l'ouverture du thermostat 4.
Du liquide de refroidissement issu du radiateur 6 (refroidi par celui-ci) est ainsi injecté dans le circuit de refroidissement du moteur 2 et participe donc au refroidissement du moteur.
On obtient ainsi une régulation mécanique de la température du liquide de refroidissement.
Un ressort de rappel (non représenté) est en général prévu pour faciliter le retour de la soupape 26 vers sa position fermée lorsque la température T4 du liquide de refroidissement diminue et que la cire refroidit et se contracte.
Le thermostat 4 comprend également une résistance électrique (non représentée), installée par exemple à l'intérieur de la tige 20 et connectée électriquement à une électrode 28.
L'application d'une tension V à l'électrode 28 fait passer un courant dans la résistance qui libère de la chaleur par effet Joule et accélère donc la montée en température de la cire 24. Le thermostat 4 s'ouvrira de ce fait plus rapidement qu'en l'absence de chauffage par la résistance, c'est-à-dire pour une température T de liquide de refroidissement inférieure au seuil précité.
L'utilisation du chauffage de la cire 24 (ici au moyen de la résistance) permet ainsi d'abaisser artificiellement la température de régulation du liquide de refroidissement du moteur 2 : le thermostat 4 est un thermostat piloté.
L'application continue d'une tension nominale V0 (tension utile maximale) permet d'obtenir la génération par la résistance d'une puissance calorifique maximale (qui dépend de la conception du thermostat). Une puissance calorifique inférieure à la puissance calorifique maximale peut être obtenue en appliquant la tension nominale V0 sur une proportion seulement de la période de temps considérée (principe de la modulation par largeur d'impulsions ou PWM de l'anglais "Puise Width Modulation") : on considère dans la suite que l'on applique dans ce cas une tension utile V inférieure à la tension nominale V0.
La figure 3 représente un premier exemple d'un système de pilotage du thermostat 4 conforme aux enseignements de l'invention.
Le système de pilotage de la figure 3 comprend plusieurs modules, représentés ici sous forme fonctionnelle. Plusieurs modules fonctionnels peuvent toutefois en pratique être mis en œuvre par une même unité de traitement programmée pour effectuer les traitements affectés respectivement à ces modules fonctionnels. Cette unité de traitement est par exemple un calculateur 30 de commande du moteur (ou ECU de l'anglais "Engine Control Unit") équipant le véhicule, ou une unité de traitement dédiée au pilotage du thermostat 4.
Quoiqu'il en soit de l'architecture physique du système de pilotage du thermostat, une information de charge C (exprimée en N.m) et une information de régime moteur N (exprimée en tr/min), représentatives du fonctionnement du moteur 2, sont disponibles au sein du calculateur 30.
Ces informations C, N sont transmises d'une part à un module 32 de détermination d'une consigne en température Tc et d'autre part à un module 36 d'évaluation de la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4.
Le module de détermination de consigne 32 élabore la consigne en température Tc en fonction du régime moteur N et de la charge C sur la base d'une cartographie mémorisée dans l'unité de traitement qui met en œuvre le module 32. Autrement dit, le module 32 est conçu pour déterminer la consigne en température Tc par lecture d'une valeur associée aux valeurs de régime moteur N et de charge C reçues du calculateur 30 dans une table de correspondance (cartographie) mémorisée dans l'unité de traitement concernée.
Le module de détermination de consigne 32 génère par exemple des consignes Tc comprises entre 90 °C et 1 10 °C adaptées aux différentes conditions de fonctionnement du moteur 2 rencontrées (représentées par la charge C et le régime-moteur N). En pratique, la consigne Tc peut prendre un ensemble discret de valeurs, par exemple 90 °C, 100 °C ou 1 10 °C.
La consigne en température Tc générée par le module de détermination de consigne 32 est transmise à un module de régulation 34, qui reçoit également la température Ts du liquide de refroidissement en sortie du moteur mesurée par le capteur de température 10.
Sur la base de la température mesurée Ts et de la consigne en température Tc, le module de régulation 34 détermine la tension utile brute VR à appliquer à l'électrode du thermostat piloté 4 afin de faire converger la température du liquide de refroidissement vers la consigne Tc.
La loi de régulation appliquée par le module de régulation 34 pour déterminer la tension utile brute VR en fonction de la température mesurée Ts et de la température de consigne Tc dépend de l'application envisagée.
Par exemple, on peut envisager ce qui suit dans le cas indiqué ci-dessus où la consigne Tc peut prendre un ensemble discret de valeurs :
- lorsque la consigne Tc est égale à 1 10 °C (régulation haute température), la tension utile brute VR est égale à 0 V, c'est-à-dire que la résistance de chauffage de la cire n'est pas utilisée et que la régulation de la température du liquide de refroidissement est réalisée mécaniquement par le thermostat (dont la conception est ici prévue pour une régulation à 1 10 °C) ;
- lorsque la consigne Tc est strictement inférieure à 1 10 °C (régulation basse température), et donc égale à 90 °C ou à 100 °C dans le cas décrit ici, la tension utile brute VR est par exemple déterminée en fonction de l'erreur en température (Ts-Tc) selon un mécanisme de régulation PI (proportionnel-intégral).
La tension utile brute VR générée par le module de régulation 34 est transmise à un module de correction 40 dont le fonctionnement sera décrit plus loin.
Le module 36 d'évaluation de la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 reçoit en entrée la température Ts mesurée par le capteur de mesure 10 et une valeur estimée L de course du thermostat 4, ainsi que, comme déjà indiqué, les informations de charge C et de régime moteur N représentatives du fonctionnement du moteur 2.
La valeur estimée L de course du thermostat 4 est produite comme expliqué plus en détail ci-dessous par un module 38 destiné à cet effet.
Sur la base de ces informations reçues en entrée, le module 36 évalue la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4, par exemple selon le procédé décrit en détail ci-dessous en référence aux figures 6 et 7.
Comme déjà indiqué, selon une variante envisageable, le module 36 pourrait être remplacé par un capteur de température immergé dans le liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4.
Le module d'évaluation de course 38 déjà mentionné reçoit en entrée la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat (produite par le module d'évaluation 36 dans l'exemple décrit) et la valeur de tension utile effectivement appliquée au thermostat piloté 4 (valeur utile corrigée Vc générée par le module de correction 40 comme expliqué ci-après).
Sur la base de ces informations reçues en entrée, le module 38 évalue la course L de déplacement relatif de la tige 20 et du corps 22, ce qui donne une estimation de la proportion d'ouverture du thermostat 4. L'évaluation effectuée par le module 38 est par exemple réalisée par la mise en œuvre d'un modèle numérique, comme décrit ci-dessous en référence aux figures 4a, 4b et 5. En variante, cette évaluation peut être réalisée par lecture de la course L associée, dans une table de correspondance préenregistrée, aux valeurs de température T4 et de tension utile appliquée Vc reçues en entrée. Les valeurs préenregistrées ont par exemple dans ce cas été déterminées à l'aide d'essais préalables ou de simulations, réalisées au préalable, à l'aide du modèle numérique décrit en référence aux figures 4a, 4b et 5.
Le module 38 peut ainsi fournir une valeur L représentative de la course du thermostat 4 au module de correction 40, qui reçoit également en entrée la tension utile brute VR calculée par le module de régulation 34 comme déjà indiqué.
Lorsque la tension utile brute VR calculée par le module de régulation 34 est faible, voire nulle, le module de correction 40 corrige cette valeur de sorte qu'une tension utile minimale soit effectivement appliquée à l'électrode 28 du thermostat piloté 4 afin que la résistance délivre une puissance calorifique non- nulle, ce qui permet d'effectuer une préchauffe de la cire 24 à une température limite d'ouverture du thermostat 4. Ainsi, tout chauffage supplémentaire de la cire 24 (en réponse à une commande du système de pilotage en vue d'ouvrir le thermostat) aura un effet immédiat d'ouverture de la vanne.
En pratique, grâce à la connaissance de la valeur estimée L de course du thermostat 4 (reçue du module 38), le module de correction 40 peut déterminer quelle proportion d'ouverture du thermostat 4 est produite par la valeur de tension utile effectivement appliquée. Si le module de correction 40 constate la fermeture du thermostat 4 (c'est-à-dire si L=0), il génère en sortie une valeur de tension utile corrigée Vc légèrement supérieure à celle précédemment appliquée, jusqu'à constater une légère ouverture du thermostat 4 (toujours à l'aide de la valeur estimée L de course).
Naturellement, ce mécanisme d'application d'une tension minimum de préchauffage n'est maintenu que tant que la tension utile brute VR générée par le module de régulation 34 est inférieure à cette tension minimum de préchauffage. En effet, dès lors que le module de régulation 34 commande une tension utile brute VR supérieure à la tension minimum de préchauffage, cette tension utile brute VR est appliquée telle quelle par le module de correction 30 à l'électrode 28 du thermostat piloté 4 (on a dans ce cas Vc = VR).
Le module de correction 40 provoque également une limitation de la tension utile appliquée Vc (et donc de la puissance calorifique délivrée par la résistance par effet Joule) de telle sorte que l'application de cette tension Vc ne provoque pas un chauffage supérieur à celui entraînant une ouverture totale du thermostat 4 (c'est-à-dire une course L égale à la course maximale Lmax). Un chauffage supplémentaire est en effet inutile ; il est en outre préjudiciable au temps de réaction du système lorsque l'on souhaite ensuite fermer le thermostat (puisque le chauffage supplémentaire de la cire 24 rend plus long son refroidissement, puis éventuellement sa solidification).
En pratique, lorsque la valeur L de la course du thermostat 4 reçue par le module de correction 40 atteint la course maximale Lmax, le module de correction 40 applique au thermostat piloté 4 une tension utile Vc qui ne dépend pas de la tension utile brute VR reçue du module de régulation 34, mais qui est choisie pour maintenir la course L à sa valeur maximale Lmax. On utilise par exemple pour ce faire un asservissement de la tension utile appliquée Vc de telle sorte que la course évaluée L se maintienne entre une valeur prédéterminée (ici 0,95. Lmax) et la course maximale Lmax. Il s'agit donc dans ce cas d'une commande en boucle fermée.
Naturellement, ce mécanisme de limitation de la tension appliquée (et donc de la puissance calorifique délivrée par la résistance) n'est maintenu que tant que la tension utile brute VR générée par le module de régulation 34 est supérieure à cette tension limitée. En effet, dès lors que le module de régulation 34 commande une tension utile brute VR inférieure à la tension limitée déterminée par l'asservissement décrit ci-dessus, cette tension utile brute VR est appliquée telle quelle par le module de correction 30 à l'électrode 28 du thermostat piloté 4 (on a dans ce cas Vc = VR).
On peut prévoir également, en complément de la limitation ci-dessus, que le module de correction 40 provoque une limitation de la tension effectivement appliquée Vc en fonction de la course L reçue en entrée pour une plage de valeurs de cette course L.
En effet, pour certains types de thermostats pilotés, il est contre-indiqué de commander une puissance de chauffage importante dans certaines positions d'ouverture du thermostat car le chauffage risque alors d'endommager les joints qui assurent l'étanchéité entre la tige et l'ensemble corps-soupape.
L'unité de traitement qui met en œuvre le module de correction 40 mémorise pour ce faire une table de correspondance qui indique la tension utile maximum autorisée Vmax en fonction de la course L du thermostat. Ces données sont par exemple fournies par le fabriquant du thermostat.
Le module de correction 40 lit donc à chaque instant la tension utile maximum autorisée Vmax dans la table en fonction de la valeur L de course reçue du module d'évaluation 38 et détermine ainsi la tension utile corrigée à appliquer :
- si VR est inférieur à Vmax, Vc = VR ;
- si VR est supérieur (ou égal) à Vmax, Vc = Vmax.
Pour la simplification de l'exposé, on ne tient pas compte dans le paragraphe qui précède la limitation additionnelle éventuelle de la tension utile appliquée en vue d'éviter un échauffement trop important de la cire, comme proposé ci-dessus.
On comprend qu'en dehors des situations décrites ci-dessus, le module de correction 40 applique au thermostat piloté 4 une tension utile Vc égale à la tension utile brute VR reçue en entrée en provenance du module de régulation 34.
On remarque qu'en pratique, l'application d'une tension utile donnée au thermostat 4 est réalisée en appliquant une tension nominale V0 pendant une proportion du temps total telle que l'on génère une puissance électrique égale à celle qu'on aurait obtenue par application continue de la tension utile recherchée (conformément au principe de module en largeur d'impulsion ou PWM de l'anglais "Puise Width Modulation"), comme déjà expliqué plus haut.
La figure 4a présente le modèle utilisé dans l'exemple décrit ici pour simuler le comportement thermique des différentes parties du thermostat piloté 4 en vue d'évaluer sa course comme expliqué plus loin.
Dans ce modèle, chaque partie du thermostat piloté 4 est représenté par sa masse, sa capacité thermique massique et sa température (que l'on considère uniforme sur l'ensemble de la partie concernée) ; on définit ainsi :
- la masse m22, la capacité thermique massique C22 et la température T22 du corps 22 ;
- la masse m24, la capacité thermique massique C24 et la température T24 de la cire 24 ;
- la masse m2o, la capacité thermique massique C20 et la température T2o de la tige 20.
On considère par ailleurs que ces différents éléments, ainsi que le liquide de refroidissement, sont séparés par des interfaces caractérisées chacune par un coefficient de transfert thermique surfacique et une surface, ce qui permet de définir :
- un coefficient de transfert hi et une surface Si pour l'interface entre la tige 20 et la cire 24 ;
- un coefficient de transfert h2 et une surface S2 pour l'interface entre la cire 24 et le corps 22 ;
- un coefficient de transfert h3 et une surface S3 pour l'interface entre le corps 22 et le liquide de refroidissement à la température T .
Les échanges calorifiques sont donc modélisés comme suit :
- la résistance chauffe la tige par effet Joule en lui apportant une puissance thermique Pj (directement liée à la tension utile Vc appliquée au thermostat piloté 4) ;
- un échange de chaleur a lieu entre la tige 20 et la cire 24 de puissance Ei = hi .Si .(T2o-T24) (comptée positivement pour un transfert de chaleur de la tige 20 vers la cire 24) ;
- un échange de chaleur a lieu entre la cire 24 et le corps 22 de puissance E2 = h2.S2.(T24-T22) (comptée positivement pour un transfert de chaleur de la cire 24 vers le corps 22) ;
- un échange de chaleur a lieu entre le corps 22 et le liquide de refroidissement de puissance E3 = h3.S3.(T22-T4) (comptée positivement pour un transfert de chaleur du corps 22 vers le liquide de refroidissement).
En faisant un bilan de chaleur pour chaque partie du thermostat, on obtient les équations suivantes qui lient les températures T2o, T22, T24 des différentes parties et la variation ΔΤ20, ΔΤ22, ΔΤ2 de chacune de ces températures dans le temps (par seconde lorsque les puissances ci-dessus sont exprimées en W) :
m20.C2o.AT20 = Pj - Ei = Pj + hi .Si .(T24-T20)
m24.C2 .AT24 = Ei - E2 = hi .Si .(T20-T24) + h2.S2.(T22-T24)
m22.C22.AT22 = E2— E3 = h2.S2.(T24-T22) + i3.S3.(T4-T22).
Grâce à ces équations, et sur la base d'évaluations ou de mesures de la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 et de la tension utile Vc appliquée au thermostat 4 (qui donne directement la puissance Pj dissipée par la résistance placée dans le thermostat 4), il est possible de déterminer à chaque instant l'évolution des températures des différentes parties du thermostat. Pour l'initialisation du système, on peut considérer qu'au démarrage (la résistance étant inactive dans les instants précédents), la température est homogène dans le thermostat 4 et vaut la température du liquide de refroidissement : on choisit les valeurs initiales de T20, T22, T24 comme égales à celle T du liquide de refroidissement.
On connaît donc en particulier la température T24 de la cire 24 qui permet d'obtenir directement la valeur L de course du thermostat, par exemple au moyen d'une table de correspondance qui indique la relation entre ces deux grandeurs, comme illustré par exemple en figure 4b. Ces données (relation entre la température T24 de la cire et la course L du thermostat) sont par exemple déterminées par des essais préalables ; elles peuvent être fournies par le fabriquant du thermostat.
De même, lorsque les caractéristiques des différentes parties du thermostat (masse, capacité calorifique) et des interfaces (surface, coefficient de transfert) ne sont pas connues, il est possible de les déterminer par des essais préalables ou à l'aide de courbes expérimentales de fonctionnement du thermostat : on adapte les caractéristiques des différentes parties et des interfaces de sorte que des résultats ou des courbes équivalents, déterminés grâce au modèle, correspondent aux résultats d'essais ou aux courbes expérimentales. (On remarque qu'il suffit dans ce cas de déterminer les produits m20.C2o, m22.C22, m24.C24 et hi .Si, h2.S2, h3.S3, et non chaque caractéristique séparément.)
La figure 5 représente un exemple de module 38 d'évaluation de la course du thermostat piloté qui utilise le modèle qui vient d'être décrit. Ce module est par exemple mis en œuvre au sein d'une unité de traitement qui mémorise notamment la table de correspondance reliant les valeurs de température de cire T2 et de course L du thermostat.
Le module 38 reçoit en entrée la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 (évaluée par un module dédié, telle que le module 36 visible en figure 3 et décrit ci-dessous en référence à la figure 7, ou mesurée par un capteur de température) et la valeur de tension utile Vc appliquée au thermostat 4.
Le module 38 comprend une unité 102 de mémorisation de la valeur instantanée d'évaluation de la température T22 du corps 22, une unité 104 de mémorisation de la valeur instantanée d'évaluation de la température T2 de la cire 24 et une unité 106 de mémorisation de la valeur instantanée d'évaluation de la température T2o de la tige 20. Comme indiqué ci-dessus, au début du processus d'évaluation, ces unités sont initialisées avec la valeur T de température du liquide de refroidissement reçue en entrée.
Chaque itération du processus débute par une estimation des nouvelles valeurs T2o et T22 de température respectivement de la tige 20 et du corps 22. On procède ainsi car ces éléments sont proches des sources de chaleur et leur température est susceptible d'évoluer depuis la précédente itération.
Pour ce faire, le module 38 détermine l'évolution ΔΤ2ο de la température T2o de la tige 20 au cours d'une itération sur la base des valeurs instantanées T2o,T24 de température et de tension utile Vc (reçue en entrée) comme suit.
Un soustracteur 148 reçoit la valeur instantanée T2o de l'unité 106 et la soustrait à la valeur instantanée T24 reçue de l'unité 104. La valeur générée par le soustracteur 148 est multipliée par hi .Si au sein d'un multiplicateur 150. On somme ensuite, au moyen d'un additionneur 152, la valeur obtenue en sortie du multiplicateur 150 et la puissance Pj générée par la résistance, déterminée en fonction de la tension utile Vc appliquée à la résistance au moyen d'une unité de conversion 108.
La sortie de l'additionneur 152 est multipliée par 1/(m2o-C2o) au sein d'un multiplicateur 154 afin d'obtenir l'évolution ΔΤ20 recherchée (conformément à la formule donnée ci-dessus).
La sortie du multiplicateur 154 (évolution ΔΤ20) est ajoutée à la valeur instantanée T2o par un additionneur 156, ce qui permet d'obtenir en sortie de l'additionneur 156 la nouvelle valeur instantanée d'évaluation de la température T2o de la tige 20, qui sera utilisée par l'unité 106 à l'itération suivante (après passage dans ce but à travers un retardateur 1 16).
De même, le module 38 détermine l'évolution ΔΤ22 de la température T22 du corps 22 au cours d'une itération sur la base des valeurs instantanées T (reçue en entrée), T22,T24 de température comme suit.
Un soustracteur 120 reçoit la valeur instantanée T22 de l'unité 102 et la soustrait à la valeur instantanée T reçue en entrée ; de même, un soustracteur 122 reçoit la valeur instantanée T22 de l'unité 102 et la soustrait à la valeur instantanée T24 reçue de l'unité 104. Les valeurs générées par les soustracteurs 120, 122 sont respectivement multipliées par h3.S3 au sein d'un multiplicateur 124 et par h2.S2 au sein d'un multiplicateur 126, puis sommées par un additionneur 128. La sortie de l'additionneur 128 est multipliée par 1 (m22-C22) au sein d'un multiplicateur 130 afin d'obtenir l'évolution ΔΤ22 recherchée (conformément à la formule donnée ci-dessus).
La sortie du multiplicateur 130 (évolution ΔΤ22) est ajoutée à la valeur instantanée T22 par un additionneur 132, ce qui permet d'obtenir en sortie de l'additionneur 132 la nouvelle valeur instantanée d'évaluation de la température T22 du corps 22, qui sera utilisée par l'unité 102 à l'itération suivante (après passage dans ce but à travers un retardateur 1 12).
Le module 38 détermine l'évolution ΔΤ24 de la température T24 de la cire 24 au cours d'une itération (ici d'une durée d'une seconde) sur la base des valeurs instantanées T2o,T22,T24 de température comme suit. Ici, les températures T2o et T22 utilisées sont celles qui viennent d'être calculées comme décrit ci-dessus.
Un soustracteur 134 reçoit la valeur instantanée T24 de l'unité 104 et la soustrait à la valeur instantanée T22 (telle qu'elle vient d'être calculée) reçue de l'additionneur 132 ; de même, un soustracteur 136 reçoit la valeur instantanée T24 de l'unité 104 et la soustrait à la valeur instantanée T2o (telle qu'elle vient d'être calculée) reçue de l'additionneur 156. Les valeurs générées par les soustracteurs 134, 136 sont respectivement multipliées par h2.S2 au sein d'un multiplicateur 138 et par hi .Si au sein d'un multiplicateur 140, puis sommées par un additionneur 142. La sortie de l'additionneur 142 est multipliée par 1/(m24.C24) au sein d'un multiplicateur 144 afin d'obtenir l'évolution ΔΤ24 recherchée (conformément à la formule donnée ci-dessus).
La sortie du multiplicateur 144 (évolution ΔΤ24) est ajoutée à la valeur instantanée T24 par un additionneur 146, ce qui permet d'obtenir en sortie de l'additionneur 146 la nouvelle valeur instantanée d'évaluation de la température T24 de la cire 24, qui sera utilisée par l'unité 104 à l'itération suivante (après passage dans ce but à travers un retardateur 1 14).
La nouvelle valeur instantanée d'évaluation de la température T24 est également transmise en entrée d'une unité 1 10 de conversion de la valeur de température de cire en valeur de course L du thermostat, sur la base de la table de correspondance mentionnée plus haut reliant les valeurs de température de cire et de course du thermostat.
On obtient ainsi à chaque itération une estimation de la valeur de course L du thermostat 4. La figure 6 montre les échanges de chaleur impliqués dans le système de refroidissement au niveau du thermostat piloté et du moteur.
Comme visible en figure 1 , le débit de liquide de refroidissement qui entre dans le moteur 2 et le parcourt en vue d'assurer son refroidissement est la somme du débit Q0 en sortie de l'aérotherme (et éventuellement du turbocompresseur) et du débit Q(L) en sortie du thermostat, lequel dépend de la course L du thermostat.
Le réchauffement de ce flux de liquide de refroidissement dans le moteur, du fait de la puissance calorifique P(C,N) cédée par le moteur, génère l'accroissement de la température du liquide de refroidissement de sa valeur TE en entrée à sa valeur Ts en sortie, ce qui est traduit par l'équation suivante :
P(C,N) = k.[Qo+Q(L)].(Ts-TE), où k est une constante caractéristique du liquide de refroidissement (k = p.Cp où est p la masse volumique du liquide de refroidissement et Cp sa capacité thermique massique, ou chaleur massique).
On remarque que, comme indiqué par son expression sous la forme
P(C,N), la puissance calorifique cédée par le moteur dépend de son point de fonctionnement, défini par la charge C et le régime N.
On propose d'utiliser ces considérations pour évaluer la température du liquide de refroidissement TE en entrée du moteur, puis la température du liquide de refroidissement T au niveau du thermostat piloté 4 au moyen du module d'évaluation 36 déjà mentionné, par exemple comme décrit à présent.
La figure 7 représente ainsi un exemple de module d'évaluation de la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat piloté.
Ce module d'évaluation reçoit en entrée une information L représentative de la course du thermostat 4 (déterminée ici au moyen du module d'évaluation 38, dont un exemple a été décrit en référence aux figures 4a, 4b et 5), des informations relatives au point de fonctionnement du moteur, ici la charge C et le régime moteur N (fournies par exemple par l'unité de gestion du moteur ou ECU), et la température Ts du liquide de refroidissement en sortie du moteur, ici mesurée par le capteur de température 10.
L'unité de traitement qui met en œuvre le module de la figure 7 mémorise une cartographie de la puissance P(C,N) cédée au liquide de refroidissement par le moteur en fonction de la charge C et du régime-moteur N. Cette cartographie est une table qui indique les valeurs de puissance P cédée au liquide de refroidissement par le moteur respectivement associées à des couples de valeurs C, N.
Cette unité de traitement mémorise également une pluralité de valeurs Q(L) de débit de liquide de refroidissement à travers le thermostat associées respectivement aux différentes valeurs possibles pour la course L.
Ainsi, sur la base des informations reçues comme indiqué ci-dessus, un sous-module 70 détermine à chaque instant, par lecture dans la mémoire de l'unité de traitement, le débit Q(L) associé à la valeur L de course reçue en entrée et la puissance P(C,N) associée aux valeurs de charge C et de régime moteur N reçues en entrée.
Le sous-module 70 évalue ainsi, à chaque instant t, la température TE(t) du liquide de refroidissement en entrée du moteur à l'aide du modèle décrit ci- dessus en référence à la figure 6 : TE(t) = Ts - P(C,N)/(k.[Q0+Q(L)]).
L'information de température TE(t) déterminée par le sous-module 70 est appliquée à un retardateur 72, à un soustracteur 73 (qui reçoit également la sortie du retardateur 72) et à un additionneur 76. L'additionneur reçoit également la sortie du soustracteur 73 après multiplication dans un multiplicateur 75 par une constante b.
La sortie de l'additionneur 76 est appliquée à un soustracteur 78 d'une constante a, qui génère ainsi en sortie une valeur estimée de la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 qui vaut à chaque instant :
T4 = TE(t) - a + b.[TE(t) - TE(t-1 )].
L'agencement des éléments 72, 73, 75, 76, 78 qui vient d'être décrit forme ainsi un sous-module 71 qui détermine la valeur estimée de la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 sur la base de la valeur estimée de la température TE du liquide de refroidissement en entrée du moteur 2.
Dans ce sous-module 71 , la correction apportée à la température TE(t) par les termes a et b.[TE(t) - TE(t-1 )] permet de tenir compte du fait que le thermostat se situe légèrement en amont de l'entrée du moteur dans le circuit de liquide de refroidissement et du fait que la température en entrée du moteur résulte de la combinaison de liquide de refroidissement provenant du thermostat et de liquide de refroidissement provenant de l'aérotherme.
Les constantes a et b sont déterminées par des essais préalables et peuvent être mémorisées dans l'unité de traitement qui met en œuvre le module de la figure 7. Dans le mode de réalisation décrit ici, on a par exemple a = 4 et b = 15 (pour des températures exprimées en °C ou en K).
On peut prévoir selon une variante envisageable que les paramètres a et b soient variables en fonction de la puissance thermique prélevée par l'aérotherme à l'eau. Lors des essais préalables, on détermine dans ce cas les paramètres a et b pour diverses puissances de chauffage de l'habitacle du véhicule. Lors du fonctionnement, les valeurs a et b sont alors déterminées à chaque instant en fonction de la puissance du chauffage (telle qu'indiquée par une information dédiée reçue par exemple du module de gestion du chauffage de l'habitacle).
Dans la description ci-dessus, le calcul de l'évaluation de la température
T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat en fonction de l'évaluation de la température TE du liquide de refroidissement en entrée du moteur est présentée sous forme de modules fonctionnels effectuant les différentes opérations. En pratique, ces opérations peuvent être effectuées par l'exécution d'un programme par l'unité de traitement qui met en œuvre le module de la figure 7.
La figure 8 représente un second exemple d'un système de pilotage conforme aux enseignements de l'invention. Sur cette figure, on a conservé la numérotation des modules identiques à ceux présents dans le premier exemple décrit ci-dessus en référence à la figure 3.
Comme pour la figure 3, le système de pilotage de la figure 8 comprend plusieurs modules représentés sous forme fonctionnelle. Plusieurs modules fonctionnels peuvent toutefois en pratique être mis en œuvre par une même unité de traitement programmée pour effectuer les traitements affectés respectivement à ces modules fonctionnels.
Le calculateur de gestion du moteur 30 délivre une information de charge C (exprimée en N.m) et une information de régime moteur N (exprimée en tr/min), représentatives du fonctionnement du moteur 2. Ces informations C, N sont transmises au module 32 de détermination d'une consigne en température Tc.
Comme dans le premier exemple décrit en référence à la figure 3, le module de détermination de consigne 32 élabore la consigne en température Tc en fonction du régime moteur N et de la charge C par lecture dans une table de correspondance (cartographie).
La consigne en température Tc générée par le module de détermination de consigne 32 est transmise au module de régulation 34, qui reçoit également la température Ts du liquide de refroidissement en sortie du moteur mesurée par le capteur de température 10.
Sur la base de la température mesurée Ts et de la consigne en température Tc, le module de régulation 34 détermine la tension utile brute VR à appliquer à l'électrode du thermostat piloté 4 afin de faire converger la température du liquide de refroidissement vers la consigne Tc. On pourra se référer aux explications fournies ci-dessus dans le cadre de la figure 3 pour plus de détails sur le module de régulation 34.
Un module de correction 44, dont le fonctionnement est décrit ci- dessous, reçoit en entrée la tension utile brute VR générée par le module de régulation 34 et la température T du liquide du refroidissement au niveau du thermostat 4, mesurée par exemple par un capteur de température 42 immergée dans le liquide de refroidissement à proximité du thermostat 4.
En variante, la température T du liquide de refroidissement au niveau du thermostat 4 pourrait être évaluée par un module d'évaluation comme le module d'évaluation 36 de la figure 3, éventuellement sur la base d'une évaluation de la course du thermostat comme celle fournie par le module d'évaluation 38 de la figure 3.
L'unité de traitement qui met en œuvre le module de correction 44 mémorise :
- une première table de correspondance qui indique la tension utile V|im à appliquer pour obtenir l'ouverture totale du thermostat en fonction de la température T du liquide dans lequel le thermostat est immergé, par exemple selon la courbe représentée à la figure 9 ;
- une seconde table de correspondance qui indique la tension utile Vmin à appliquer pour obtenir un préchauffage de la cire du thermostat, sans toutefois provoquer son ouverture, en fonction de la température T4 du liquide dans lequel le thermostat est immergé, par exemple selon la courbe représentée en figure 10.
Les valeurs mémorisées sont déterminées au préalable, par exemple au moyen d'essais ; elles peuvent notamment être fournies par le fabriquant du thermostat.
Le module de correction 44 lit à chaque instant la valeur V|im associée dans la première table de correspondance à la température T4 reçue du capteur 42 et la valeur Vmin associée dans la seconde table de correspondance à cette même température T .
Le module de correction 44 détermine alors la tension utile Vc à appliquer au thermostat en corrigeant la tension utile brute VR de manière à limiter la tension utile appliquée au thermostat à la valeur V|im et à appliquer au minimum une tension utile Vmin.
Précisément, le module de correction 44 détermine comme suit la tension utile VC à appliquer au thermostat 4 :
- Si VR > V|IM> VC = V|IM ;
- si VR < VMIN, VC = VMIN ;
- dans les autres cas, VC=VR.
Ainsi, lorsque le module de correction 44 ne modifie pas la valeur de tension utile (cas où VC=VR), le chauffage du thermostat piloté aura tendance à ouvrir celui-ci de sorte que la température Ts converge vers la température de consigne Tc, conformément au mécanisme de régulation mis en œuvre module de régulation 34.
En revanche, lorsque ce mécanisme commande (par le biais de la valeur VR générée par le module de régulation 34) un chauffage de la cire au-delà de ce qui est nécessaire pour ouvrir totalement le thermostat 4 (conformément à ce qu'indique la première table de correspondance), le module de correction 44 limite la tension utile (et donc la puissance calorifique délivrée par la résistance) à celle qui permet cette ouverture totale.
Un chauffage plus important de la cire n'aurait en effet aucun intérêt mais serait au contraire préjudiciable au temps de réaction du système lorsque le mécanisme de régulation souhaitera ultérieurement commander la fermeture (éventuellement partielle) du thermostat.
De même, lorsque le mécanisme de régulation ne commande (par le biais de la valeur VR générée par le module de régulation 34) aucun chauffage de la cire (VR=0), ou commande un chauffage faible, de sorte qu'un chauffage ultérieur serait nécessaire pour amener la cire à la température à laquelle elle génère un début d'ouverture du thermostat 4, le module de correction 44 permet d'appliquer au thermostat 4 une tension utile de préchauffage (conformément à ce qu'indique la seconde table de correspondance) ; la puissance calorifique délivrée par la résistance du fait de cette tension de préchauffage permet de chauffer la cire à la température à laquelle tout apport ultérieur de chaleur provoquera l'ouverture immédiate du thermostat.
Le temps de réaction du système en cas de commande d'ouverture du thermostat (par exemple en raison d'un changement de consigne) est donc réduit.
Dans ce mode de réalisation, la valeur limite V|im et la valeur de préchauffe Vmin sont déterminées sur la seule base de la température T4 reçue en entrée : il s'agit donc d'un système de commande en boucle ouverte.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif à thermostat (4) pour système de refroidissement de véhicule automobile comprenant une vanne (26), une partie (24) sensible à la chaleur, conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne (26) lorsque la température de ladite partie sensible (24) dépasse un seuil de température, et un module de chauffage commandé de ladite partie sensible, le module de chauffage étant apte à délivrer au maximum une puissance calorifique maximale, caractérisé en ce qu'il comprend un module de régulation (34) conçu pour déterminer une tension utile brute (VR) sur la base d'une température mesurée (Ts) et d'une consigne en température (Tc), et un module de correction (40) comprenant une résistance électrique connectée à une électrode (28) et conçu pour commander le module de chauffage soit de manière à limiter la puissance calorifique délivrée par le module de chauffage à une puissance calorifique strictement inférieure à la puissance calorifique maximale et suffisante pour entraîner l'ouverture totale de la vanne (26), soit de manière à ce qu'il délivre une puissance calorifique non-nulle insuffisante pour entraîner une ouverture de la vanne (26).
2. Dispositif à thermostat (4) selon la revendication 1 , dans lequel la partie sensible est un volume de cire (24) dont la dilatation, au-dessus dudit seuil de température, entraîne un mécanisme conçu pour ouvrir la vanne (26).
3. Dispositif à thermostat (4) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module de commande (44) est conçu pour commander le module de chauffage en fonction d'une température (T ) au niveau du thermostat.
4. Dispositif à thermostat (4) selon la revendication 3, comprenant un module (36) d'estimation de la température (T ) au niveau du thermostat (4) en fonction d'une température mesurée (Ts).
5. Dispositif à thermostat (4) selon la revendication 3, comprenant un capteur (42) de mesure de la température au niveau du thermostat (4).
6. Dispositif à thermostat (4) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un module (38) de détermination de la proportion (L) d'ouverture de la vanne (26), dans lequel le module de commande (40) est conçu pour commander le module de chauffage en fonction de la proportion d'ouverture (L) déterminée.
7. Dispositif à thermostat (4) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un module de détermination du débit de la vanne (26), dans lequel le module de commande est conçu pour commander le module de chauffage en fonction du débit déterminé.
8. Système de refroidissement d'un moteur (2) d'entraînement d'un véhicule automobile, comprenant un radiateur (6) et un dispositif à thermostat (4) conçu pour réguler la quantité de liquide de refroidissement issue du radiateur (6) à injecter dans un circuit de refroidissement du moteur (2), le dispositif à thermostat étant conforme à l'une des revendications 1 à 7.
9. Procédé de commande d'un module de chauffage commandé d'une partie sensible à la chaleur d'un dispositif à thermostat (4) pour système de refroidissement de véhicule automobile, le dispositif à thermostat comprenant une vanne (26) et la partie (24) sensible à la chaleur étant conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne (26) lorsque la température de ladite partie sensible (24) dépasse un seuil de température, le module de chauffage étant apte à délivrer au maximum une puissance calorifique maximale, caractérisé par une étape de limitation de la puissance calorifique délivrée par le module de chauffage à une puissance calorifique strictement inférieure à la puissance calorifique maximale et suffisante pour entraîner l'ouverture totale de la vanne (26).
10. Procédé de commande d'un module de chauffage commandé d'une partie sensible à la chaleur d'un dispositif à thermostat (4) pour système de refroidissement de véhicule automobile, le dispositif à thermostat comprenant une vanne (26) et la partie (24) sensible à la chaleur étant conçue pour entraîner l'ouverture de la vanne (26) lorsque la température de ladite partie sensible (24) dépasse un seuil de température, le procédé comprenant une étape de commande du module de chauffage de manière à ce qu'il délivre une puissance calorifique non-nulle insuffisante pour entraîner une ouverture de la vanne (26), caractérisé en ce que le module de chauffage comprenant une résistance électrique connectée à une électrode (28), un module de régulation (34) détermine une tension utile brute (VR) sur la base d'une température mesurée (Ts) et d'une consigne en température (Tc) et en ce qu'un module de correction (40) corrige la tension utile brute (VR) de sorte qu'une tension utile minimale soit appliquée à l'électrode (28).
EP15702526.3A 2014-01-15 2015-01-06 Dispositif à thermostat pour système de refroidissement de véhicule automobile, système de refroidissement équipé d'un tel dispositif à thermostat et procédé de commande d'un module de chauffage Active EP3094841B1 (fr)

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